JPWO2003021246A1 - Capacitive moisture sensitive element and method of manufacturing capacitive moisture sensitive element - Google Patents
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Abstract
下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極が順次積層されるとともに、上記上部電極にリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、上記上部電極と上記リード線の接続部分の面積は、２．５ｍｍ２以下、上記上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合することを特徴とするものである。A moisture sensitive film made of an organic polymer resin and a water molecule permeable upper electrode are sequentially laminated on a conductive substrate also serving as a lower electrode, and a capacitive sensor is formed by electrically connecting a lead wire to the upper electrode. In the wet element, an area of a connection portion between the upper electrode and the lead wire is 2.5 mm2 or less, and 10% or less of a total area of the upper electrode, or one or both of them. .
Description
技術分野
本発明は、有機高分子膜の静電容量値の変化により、雰囲気中の相対湿度を検知する容量性感湿素子と該容量性感湿素子の製造方法に係り、特に、優れた感湿特性を長期間安定して得ることができるとともに、低コスト化が可能になるように電極とリード線の接続部分の構造を工夫したものに関すると共に、そのような容量性感湿素子を容易に製造することができるものに関する。
背景技術
容量性感湿素子は二つの電極間に感湿材を配置した構成をなしている。そして、上記感湿材の薄膜中に雰囲気中の水分が吸着され、その吸着された水分量によって誘電率が変化する。この誘電率の変化によって容量値が変化することを利用して雰囲気中の相対湿度を検知するものである。この種の容量性感湿素子は、湿度の変化に対する応答速度が速く、特に低湿度での測定精度が高いために、一般の空調用、産業用、計測用、気象観測用として幅広く使用されている。
上記容量性感湿素子の感湿材としては、例えば、有機高分子膜や金属酸化物膜等が挙げられる。この内有機高分子膜は温度依存性やヒステリシスが小さく、又、常温付近で信頼性が高いという特徴があり、一般的に多く用いられている。
又、有機高分子膜の中では、例えば、ポリイミド樹脂製の有機高分子膜がある。このポリイミド樹脂製の有機高分子膜の場合には、誘電率約３．０、吸水率１〜３％、体積抵抗率１０１６〜１０１７Ωｃｍと、容量性感湿素子の感湿材として優れた物性値を持つとともに、耐熱性、耐薬品性など耐環境性が非常に優れているため信頼性も高い。
この種のポリイミド樹脂を感湿材として使用した容量性感湿素子としては、例えば、特公平８−２３５４２号公報に開示されたものがある。この容量性感湿素子は、裏面にオーミック電極が形成されたシリコン単結晶基板上に、ポリイミド樹脂からなる感湿膜、上部薄膜電極、ポリイミド樹脂からなる保護膜が順次積層された構成になっており、対向電極間における感湿膜の容量値の変化を湿度の変化として検出するものである。
そこで、第１１図及び第１２図を参照して従来の容量性感湿素子の構成をその製造過程を交えながら説明する。第１１図は、この容量性感湿素子の構成を示す平面図であり、第１２図は第１１図のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。
まず、シリコン単結晶基板１０１があり、このシリコン単結晶基板１０１の裏面には金等からなる下部電極１０３が形成されている。又、上記シリコン単結晶基板１０１の表面には、ポリイミド樹脂からなる感湿膜１０５が約１．０μｍの厚さで形成されている。又、この感湿膜１０５の上には金等からなり水分子が容易に透過できる程度の厚さの上部電極１０７が形成されている。この上部電極１０７の総面積は１３．３５ｍｍ２である。
上記上部電極１０７の上には窓穴１２１を備えた保護膜１２３が形成されている。この保護膜１２３は、まず、感光性のポリイミド樹脂を上記上部電極１０７の上に塗布し、プリベーク、露光、現像、ポストベークを経て形成されるものである。又、上記窓穴１２１は、上部電極１０７からのリード線１２７の取り出しを行なうためのものであり、その面積は２．９ｍｍ２であって上部電極１０７の総面積の２１．７％に相当する。
そして、上記シリコン単結晶基板１０１の裏面に形成された下部電極１０３にステンレス板からなるリード線１２５を導電性接着剤によって接続すると共に、保護膜１２３に設けられた窓穴１２１を介して上部電極１０７にφ０．０８ｍｍの銀メッキ軟銅線からなるリード線１２７を導電性接着剤で接続して容量性感湿素子を得るものである。
上記のように構成された容量性感湿素子は、湿度に対する容量値の変化が比較的大きく、且つ高温高湿度雰囲気中に放置したときの経時変化が小さいなど、実用上充分な感湿特性を示すものである。
しかしながら、上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、従来の容量性感湿素子は、上部電極１０７からのリード線１２７の取り出しにおいて、感湿部分からの取り出しを余儀なくされるため、上部電極１０７とリード線１２７の接続部分の状態が容量性感湿素子の感湿特性に影響を及ぼしてしまう場合があった。つまり、上部電極１０７は、水分子透過性を有した非常に薄い薄膜で形成されているが、この膜にリード線１２７を接続するためには、導電性接着剤等の何らかの接着層を介して接続処理を行なわなければならない。その際、リード線１２７の接続強度を保護するために、ある程度の厚さを有した接着層を設けることが望ましいのであるが、そのような厚みのある接着層を設けると水分子の透過が阻害されてしまい、これによって感湿特性（感湿感度）が低下したり、ヒステリシスが増加してしまう場合があった。
又、感湿素子の信頼性能においても、特に高温・高湿の雰囲気など非常に厳しい環境下に長時間（１０００時間以上）放置されると、接着層の内部に水分子が徐々に侵入して離脱し難くなり、低湿雰囲気に戻しても容易に初期状態に復帰しないという問題が発生してしまう。
又、この接着層は、水分子の透過を阻害するばかりか、急激な温度ストレスや湿度ストレスなどによって構成材料が膨張、収縮を繰り返すことから、接着部分に応力が生じてクラックが発生してしまう恐れがあった。
又、上部電極１０７とリード線１２７の接続部分が感湿膜１０５上に存在していることから、上部電極１０７からのリード線１２７の取り出し工程においても、非常に注意深い作業を行わないと、接続部分の下に形成された感湿膜１０５が傷付いてしまい、歩留まりが著しく悪化してしまうという問題もあった。
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、優れた感湿特性を長期間安定して得ることが可能な容量性感湿素子を提供することにあると共に、そのような容量性感湿素子を低コストで提供できる製造方法を提供することにある。
発明の開示
上記目的を達成するべく、本発明の請求項１による容量性感湿素子は、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極が順次積層されるとともに、上記上部電極にリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、上記上部電極と上記リード線の接続部分の面積は、２．５ｍｍ２以下、上記上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合することを特徴とするものである。
又、請求項２による容量性感湿素子は、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極、有機高分子樹脂からなる保護膜が順次積層されるとともに、前記保護膜に形成された窓穴を介して上記上部電極にリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、上記窓穴の面積は、２．５ｍｍ２以下、上記上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合することを特徴とするものである。
又、請求項３による容量性感湿素子は、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極が順次積層されると共に、前記上部電極にリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、上記リード線が全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属からなることを特徴とするものである。
又、請求項４による容量性感湿素子は、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極、有機高分子樹脂からなる保護膜が順次積層されると共に、前記保護膜に形成された窓穴を介してリード線が電気的に接続されてなる容量性感湿素子において、上記リード線が全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属からなることを特徴とするものである。
又、請求項５による容量性感湿素子は、請求項１〜請求項４の何れかに記載の容量性感湿素子において、上記リード線は導電性接着剤を用いて上記上部電極と接続されることを特徴とするものである。
又、請求項６による容量性感湿素子は、請求項１〜請求項５の何れかに記載の容量性感湿素子において、上記リード線は耐食性を有する金属又は耐食性を付与する鍍金を施した金属からなることを特徴とするものである。
又、請求項７による容量性感湿素子は、請求項３又は請求項４記載の容量性感湿素子において、上記リード線は上部電極に接続される側の幅より他端の幅の方が広くなっていることを特徴とするものである。
又、請求項８による容量性感湿素子は、請求項１又は請求項２記載の容量性感湿素子において、上記上部電極から金線、金メッキ線又は金合金線を用いてワイヤーボンディングによりリード線の取り出しを行なうことを特徴とするものである。
又、請求項９による容量性感湿素子の製造方法は、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極を順次積層する工程と、上記上部電極にリード線を電気的に接続する工程と、を具備してなる容量性感湿素子の製造方法において、複数個のリード線が予め櫛歯状に連接されているリードフレームを用意し、該リードフレームの任意のリード線を所定位置にセットして上部電極に電気的に接続するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項１０による容量性感湿素子の製造方法は、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極、有機高分子樹脂からなる保護膜を順次積層する工程と、上記保護膜に形成された窓穴を介して上部電極にリード線を電気的に接続する工程と、を具備してなる容量性感湿素子の製造方法において、複数個のリード線が予め櫛歯状に連接されているリードフレームを用意し、該リードフレームの任意のリード線を所定位置にセットして上部電極に電気的に接続するようにしたことを特徴とするものである。
すなわち、本発明の請求項１による容量性感湿素子においては、上部電極とリード線の接続部分の面積を２．５ｍｍ２以下、上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合させることを必須要件としているので、水分子の透過を阻害する要因を最小限に抑えることができる。従って、従来の容量性感湿素子を抱えていた問題点、つまり、感湿感度が低下したり、ヒステリシスが増加してしまうという問題や、高温高湿の雰囲気に長時間放置した後、低湿雰囲気に戻しても容易に初期状態に復帰しないという問題を解決することができるとともに、上部電極とリード線の接続部分に発生するクラックを防止することもできる。
尚、上部電極とリード線の接続部分の面積は２．５ｍｍ２以下であるが、その中でも、特に、１．０ｍｍ２以下が好ましく、又、上部電極の総面積の１０％以下の中でも、特に、３％以下が好ましい。
但し、効果の程度を別にすればそれらの数値に限定されるものではない。
又、本発明の請求項２による容量性感湿素子においては、容量性感湿素子が保護膜を備えた構造であるが、保護膜に形成される窓穴の面積を、２．５ｍｍ２以下、上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合させることを必須要件としているので、上述したように、リード線の取り出しを行なうための窓穴をパターニングにより形成することが可能となるため、上記電極とリード線の接続部分の面積をより一層均一化することができる。又、この際、保護膜を構成する有機高分子樹脂として、感光性ポリイミド樹脂を使用した場合には、フォトリソグラフィーによるパターニングによって窓穴を形成することができるため、小さな面積の窓穴を容易に形成することができる。又、導電性接着剤を用いて上記電極とリード線とを接続する場合、例えば、導電性接着剤の塗布量を制御して両者の接触面積を小さく均一にすることは非常に困難であるが、上記方法で保護膜に小さな窓穴を均一に形成することにより、窓穴を覆うように導電性接着剤を塗布すれば常に一定の接触面積を得ることが可能となる。
この場合においても、上部電極とリード線の接続部分の面積は２．５ｍｍ２以下であるが、その中でも、特に、１．０ｍｍ２以下が好ましく、又、上部電極の総面積の１０％以下の中でも、特に、３％以下が好ましい。
但し、効果の程度を別にすればそれらの数値に限定されるものではない。
又、請求項３による容量性感湿素子の場合には、リード線を全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属から構成しているので、リード線自体の形状安定性が向上し、それによって、上部電極に接続する際の位置決めを始めとする接続作業が容易になった。そして、位置決めを始めとする接続作業が容易になったことにより、上部電極における接続部の面積を小さくすることが可能になり、それによって、感湿特性を向上させることができるようになった。
又、請求項４による容量性感湿素子の場合も同様であり、リード線を全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属から構成しているので、リード線自体の形状安定性が向上し、それによって、上部電極に接続する際の位置決めを始めとする接続作業が容易になった。そして、位置決めを始めとする接続作業が容易になったことにより、上部電極における接続部の面積を小さくすることが可能になり、それによって、感湿特性を向上させることができるようになった。
又、リード線を上部電極に接続する場合には、例えば、導電性接着剤を用いて接続することが考えられる。
又、リード線を耐食性を有する金属又は耐食性を付与する鍍金を施した金属から構成することが考えられる。
又、請求項７による容量性感湿素子は、リード線を全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属から構成する場合おいて、リード線の上部電極に接続される側の幅より他端の幅の方を広く構成することが考えられ、それによって、形状安定性をさらに高めて位置決め作業を始めとする接続作業の容易化を促進させることができると共に、接続部の面積をさらに縮小することを可能にして、感湿特性をさらに高めることができるものである。
又、上部電極から金線、金メッキ線又は金合金線を用いてワイヤーボンディングによりリード線の取り出しを行なうことも考えられる。
本願発明による容量性感湿素子の製造方法は、まず、下部電極を兼ね備えた導電性基板上に有機高分子樹脂からなる感湿膜、水分子透過性の上部電極を順次積層し、次いで上部電極にリード線を電気的に接続するものであるが、その際、複数個のリード線が予め櫛歯状に連接されているリードフレームを用意し、該リードフレームの任意のリード線を所定位置にセットして上部電極に電気的に接続するようにしたものである。このようなリードフレームを使用することによりリード線の位置決め、接続作業をさらに容易且つ正確なものとすることができる。
又、これは、有機高分子樹脂からなる保護膜を有する容量性感湿素子の場合も同様である。
又、本願発明における導電性基板は、ステンレス等の金属やシリコン等の半導体など、非絶縁性の材料であれば何でも良い。
又、導電性基板の裏面に形成される下部電極は、導電性基板として金属を用いる場合には特に必要無いが、シリコン単結晶基板を用いる場合には、シリコン単結晶と接合してオーミックが形成されるものであれば何でも良い。
又、導電性基板の表面に形成される有機高分子樹脂からなる感湿膜は、スピンコート法、ディッピング法、ＬＢ法、蒸着重合法などによって形成が可能であり、形成後は、所定の熱処理を行なって硬化させる。有機高分子樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、セルロースアセテートブチレート、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリエーテルイミド樹脂などを用いることが可能である。
又、感湿膜上に形成される上記電極は、水分子が容易に感湿膜の内部に透過するような構造に形成されたものであれば何でも良い。例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ等の中から少なくとも一層からなる金属層を真空蒸着法、スパッタリング法などによって形成したものなどが挙げられる。
又、上部電極の上面には、該上部電極を機械的及び化学的に保護することを目的として、有機高分子樹脂からなる保護膜を形成する場合があるが、この種の有機高分子樹脂としては、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、アセチルセルロース、セルロースアセテートブチレート、ポリアミド樹脂などが挙げられる。これらの中でも、特に感光性のポリイミド樹脂は、感湿膜との接着性も良好であり、上部電極からリード線の取り出しを行なうための窓穴をパターニングにより簡単に形成することができるため、特に好ましい。
ここで、上記した各構成要件については、特公平６−１０５２３５号公報、特許第３０７８５８７号、特許第２９２５３４７号、特公平８−２３５４２号公報などに詳細に記載されているので、それらを適用しても良い。
上部電極に接続されるリード線は、導電性のものであれば何でも良いが、太く硬い材料では作業工程時の位置決め作業は容易となるが、接続部分下に形成された感湿膜に傷が付きやすく歩留まりが低下するという問題が発生する。又、細く柔軟な材料は接続部分下の感湿膜に傷が付きにくいものの、作業工程時においてリード線形状を維持しにくく作業性が著しく悪化してしまうという問題が発生する。これらを考慮して本発明では、全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属を用いてリード線を構成したものである。特に全体を箔形状としたリード線においては作業工程時における位置決め、形状安定性などが良好な上、製造コストが低く、更に接続部分に加わる機械的ストレスを緩和する効果があり歩留まりの低下を回避することが可能となる。リード線の材質は、一般的なリードフレームに用いられる銅、黄銅、洋白、リン青銅、ベリリウム銅などの銅合金が代表的な材料として使用できる。又、耐食性を考慮したものとして、金、白金、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、銅合金、アルミニウム合金、ニッケル合金などの耐食性を有する金属も使用可能である。リード線の耐食性は、特にセンサの高温高湿雰囲気における信頼性の面で非常に重要である。特に直流成分が存在する駆動条件においてはリード線と上部電極の接点部分において腐食が進行することがある。従って、リード線の材質としては、耐食性を有する金属または、耐食性を付与する鍍金を施した金属を用いることが望ましい。例えばリン青銅などの銅合金をリード線に用いる場合はその表面にニッケル、クロム、銀、金、白金などの耐食性を付与する鍍金を少なくとも一層以上施すことによって高温高湿雰囲気におけるセンサの寿命を著しく伸ばす効果が得られる。
上部電極とリード線を接続するための導電性接着剤としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などに、銀やカーボンをフィラーとして含有させたものなどが使用可能である。
上部電極とリード線を接続する際の別の態様として次のような方法も考えられる。つまり、感湿膜上の上部電極の一部にパッドを接着層として形成し、そこから金線、金メッキ線又は金合金線を用いてワイヤーボンディングする。ワイヤーボンディングは、半導体の分野では一般的な技術であり、量産工法としては、非常に優れた方法である。しかし、容量性感湿素子の上部電極は、水分子の透過を必要条件として非常に薄く形成されているため、そのままではワイヤーボンディングが不可能である。このため、前記パッドを上記電極の一部に形成し、パッド部分を介してボンディングされる。パッドは、金線、金メッキ線又は金合金線のボンディングが可能な構成であれば何でも良い。ワイヤーボンディングは、半導体分野で実績がある通り、大量生産に応用が可能であり、その結果、製造コストを低減することが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
以下、第１図及び第２図を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。第１図は、本実施の形態による容量性感湿素子の構成を示す平面図である。第２図は第１図のＩＩ−ＩＩ断面図である。
尚、構成の説明に際してはその製造過程を交えながら説明する。
まず、表面が鏡面研磨された抵抗率０．０１５Ω以下のｎ型シリコン単結晶基板１があり、このシリコン単結晶基板１の裏面全面に下部電極３を真空蒸着法によって形成する。次に、上記シリコン単結晶基板１の表面の自然酸化膜をふっ酸によってエッチングし、表面全面にポリイミド感湿膜５を約１．０μｍの厚さにて形成する。このポリイミド感湿膜５は、オーブンやホットプレートなどによって約３００〜４００℃にて焼成される。次に、上記ポリイミド感湿膜５上にメタルマスクを被せて真空蒸着法によって、金の上部電極７を、厚さ約２００Ａ〔オングストローム〕、面積が１３．３５ｍｍ２にて形成する。
次に、感光性ポリイミド樹脂を上部電極７の上に塗布して、プリベーク、露光、現像、ポストベークを経て、上部電極７からのリード線取り出しを行なうための窓穴９を面積０．４９ｍｍ２（上部電極７の総面積の３．７％に相当）となるように設けた保護膜１１を形成する。この保護膜１１の厚さは約０．３μｍである。最後に、シリコン単結晶基板１の裏面に形成された下部電極３にステンレス板からなるリード線１３を導電性接着剤によって接着すると共に、保護膜１１に設けられた窓穴９を介して上部電極７にφ０．０８ｍｍの銀メッキ軟銅線からなるリード線１５を導電性接着剤で接続して容量性感湿素子を完成させた。
次に、図３乃至図７を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。第３図はこの実施の形態による容量性感湿素子の構成を示す平面図であり、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ断面図であり、第５図は第４図のＶ部を拡大して示した断面図である。
この場合もその構成を説明するに際して製造過程を交えながら説明する。
まず、第５図に示すように、表面が鏡面研磨された抵抗率０．０１５Ω以下のｎ型シリコン単結晶基板３１があり、このシリコン単結晶板３１の裏面全面に下部電極３３を真空蒸着法によって形成する。次に、シリコン単結晶基板３１の表面の自然酸化膜をふっ酸によってエッチングした後、表面全面にポリイミド感湿膜３５を約１．０μｍの厚さに形成する。このポリイミド感湿膜３５は、オーブンやホットプレートなどによって約３００〜４００℃にて焼成される。続いて、ポリイミド感湿膜３５上にメタルマスクを被せて真空蒸着法により金の上部電極３７を、厚さが約２００Ａ〔オングストローム〕、面積が８．４１ｍｍ２になるように形成する。次に、感光性ポリイミド樹脂を上部電極３７の上に塗布し、プリベーク、露光、現像、ポストベークを経て、上部電極３７からのリード線取り出しを行なうための窓穴３９を面積が０．１２６ｍｍ２（上部電極３７の総面積の１．５％に相当）となるように設けた保護膜４１を形成した。この保護膜４１の厚さは約０．３μｍである。
次に、第３図及び第４図に示すように、半導体のパッケージなどに良く利用されるＴＯ−５やＴＯ−３９等のキャンタイプパッケージ４３を利用して厚さ０．０３ｍｍのリン青銅箔からなるリード線４５をベースから絶縁されたインナーリード４７に溶接する。
尚、利用可能なパッケージは上記のものに限定されるものではなく、例えば、水晶振動子用やその他オリジナルなパッケージを用いても良いことは明らかである。
続いて、スクライバー等で分割した素子チップをパッケージ４３のベースにダイボンディングして固定する。次に、ニッケル鍍金を施し櫛歯状に連結されたリン青銅箔からなるリード線４５を先端が上部電極３７の窓穴３９上に位置するよう位置決めし、他端部分をパッケージのインナーリード４７に接続する。リード線４５とインナーリード４７の接続手段は電気的な接続が得られればどんな方法を用いても良いが、良好な作業性が得られる方法としてスポット溶接などが挙げられる。リード線４５はインナーリード４７に接続固定された後連結部分から切断し分離される。最後に、リン青銅箔からなるリード線４５と上部電極３７の接点に窓穴３９を介して導電性接着剤４９を塗布、硬化して素子を完成させた。
ここで、上記リン青銅箔からなるリード線４５について詳しく説明する。上記リード線４５は、第６図に示すように、予め櫛歯状に連接されている。すなわち、連結部５１を介して複数個のリード線４５が所定のピッチで連接されたリードフレーム５３になっている。又、上記リード線４５は、第７図に拡大して示すように、先端部５５が基端部５７に比べて幅狭に形成されている。
このようなリード線４５を使用する背景を説明する。例えば、前記第１の実施の形態の場合には、リード線１５として銀メッキ軟銅線を使用している。この種の銀メッキ軟銅線は柔軟な材質であるので、接続作業時に感湿膜を傷付け難く、よって、ピンホールに起因した不良品の発生を抑えることができるという利点がある。反面、その横断面形状が円形であって、且つ、細線であるために形状安定性に欠けるという欠点がある。そして、形状安定性に欠けるために接続時における位置決めが困難である等接続作業が煩雑になってしまう。又、上部電極側の接続部の面積も大きくする必要があり、それに起因して、感湿特性が低下したり、製造コストが上昇してしまうことになる。
この第２の実施の形態の場合には、このような技術的背景に基づいているものであり、上記リン青銅製であって箔状のリード線４５を使用することにより形状安定性を向上させ、それによって、位置決め作業を始めとする接続作業を容易化せんとするものである。又、連結部５１を介して複数個のリード線４５が所定のピッチで櫛歯状に連接されたリードフレーム５３を使用することによっても、位置決め作業を始めとする接続作業を容易化せんとするものである。又、この種のリードフレーム形状とすることにより、例えば、金属箔にプレス加工やエッチング加工を施すことにより、任意の形状のリード線を連ねたリードフレームを容易に製造することができ、コストの低減を図ることができる。
次に、第８図乃至第１０図を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。第８図は本実施の形態による容量性感湿素子の構成を示す平面図であり、第９図は第８図のＩＸ−ＩＸ断面図であり、第１０図は第９図のＸ部を拡大して示した図である。
尚、保護膜４１を形成するまでの工程は前記第２の実施の形態の場合と同一であるので、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
この第３の実施の形態において特徴的な構成は保護膜４１を形成した後である。すなわち、第１０図に拡大して示すように、保護膜４１を形成した後メタルマスクを被せて保護膜４１の窓穴３９を覆うように真空蒸着法によりパッド６１を形成する。次に、第８図及び第９図に示すように、スクライバー等で分割した素子チップをパッケージ４３のベースにダイボンディングして固定する。最後に、太さ０．０２５ｍｍの金線６３を超音波ボンダーによってパッド６１とインナーリード４７間に配置して接続する。
ここで、既に説明した第１の実施の形態、第２の実施の形態による容量性感湿素子の実施品である「実施例１」と「実施例２」の容量性感湿素子の感湿特性を、「比較例１」と対比しながら評価してみる。そこで、静電容量値、容量変化率、ヒステリシス特性、及び４０℃、９０％ＲＨ雰囲気に１０００時間放置したときの経時特性、のそれぞれについて試験を実施してみた。試料数は各々１０個とし、それらの測定値の平均値を評価値とした。試験内容の詳細は以下の通りである。その結果を第１３図に示す。
因みに、ここでいう比較例１とは、従来例の説明で説明した容量性感湿素子、すなわち、第１１図及び第１２図に示した容量性感湿素子である。
静電容量値，容量変化率
温度２５℃における相対湿度４０％ＲＨ、及び９０％ＲＨのときの静電容量値をＬＣＲメータで、測定電圧１Ｖ、測定周波数２０ｋＨｚの条件により測定した。そして、それらの測定値を基に容量変化率を求めた。
ヒステリシス測定
２５℃における０〜９０％ＲＨの領域において、加湿時の特性と除湿時の特性を連続してＬＣＲメーターにて測定し、６０％ＲＨの時における除湿時の静電容量値と加湿時の静電容量値との差を相対湿度換算して示した。
経時特性
２５℃、６０％ＲＨ雰囲気中で素子の静電容量値をＬＣＲメーターで測定した後、４０℃、９０％ＲＨの雰囲気中に１０００時間放置し、その変化量を相対湿度換算して示した。
第１３図に示すように、比較例１は、実用上は問題無いレベルの感湿特性を示しているものの、実施例１及び実施例２と比較すると、全く同じ感湿材料を使用しているにもかかわらず、容量変化率が小さく、ヒステリシス特性及び４０℃、９０％ＲＨの雰囲気に放置したときの経時特性が大きいことが判る。これに対して、実施例１及び実施例２は、容量変化率も大きく、ヒステリシス特性及び４０℃、９０％ＲＨの雰囲気に放置したときの経時特性が小さく安定していることが判る。特に、保護膜に設けられた窓穴の面積が、上部電極の総面積の３％以下（１．５％）である第２の実施の形態は、より優れた感湿特性を示していることが判る。
以上詳述したように本発明によれば、上部電極とリード線の接続部分の面積を２．５ｍｍ２以下、上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合させるか、又、保護膜を備えた構造である場合には、保護膜に形成される窓穴の面積を、２．５ｍｍ２以下、上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合させることにより、優れた感湿特性を長期間安定して得ることが可能な容量性感湿素子を提供することができる。
又、リード線を全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属から構成した場合には、リード線自体の形状安定性が向上し、それによって、上部電極に接続する際の位置決めを始めとする接続作業が容易になった。そして、位置決めを始めとする接続作業が容易になったことにより、上部電極における接続部の面積を小さくすることが可能になり、それによって、感湿特性を向上させることができるようになった。
又、リード線を全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属から構成する場合おいて、リード線の上部電極に接続される側の幅より他端の幅の方を広く構成することが考えられ、それによって、形状安定性をさらに高めて位置決め作業を始めとする接続作業の容易化を促進させることができる。又、接続部の面積をさらに縮小させることができるので、それによって、感湿特性をさらに向上させることができるようになった。
又、上部電極から金線、金メッキ線又は金合金線を用いてワイヤーボンディングによりリード線の取り出しを行なうことも考えられ、その場合には、作業性を損なわずに歩留まりを改善することができるので、コストを大幅に低減させることができる。
又、本願発明による容量性感湿素子の製造方法によれば、所望の構成の容量性感湿素子を容易に製造することができる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明は、有機高分子膜の静電容量値の変化により雰囲気の相対湿度を検知する容量性感湿素子に係り、特に、優れた感湿特性を長期間安定して得ることができるとともに、低コスト化が可能になるように上記電極とリード線の接続部分の構造を工夫したものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施の形態を示す図で、容量性感湿素子の構成を示す平面図である。
第２図は本発明の第１の実施の形態を示す図で、第１図のＩＩ−ＩＩ断面図である。
第３図は本発明の第２の実施の形態を示す図で、容量性感湿素子の構成を示す平面図である。
第４図は本発明の第２の実施の形態を示す図で、第３図のＩＶ−ＩＶ断面図である。
第５図は本発明の第２の実施の形態を示す図で、第４図のＶ部を拡大して示す断面図である。
第６図は本発明の第２の実施の形態を示す図で、リード線を櫛歯状に供えたリードフレームの一部を示す平面図である。
第７図は本発明の第２の実施の形態を示す図で、第６図のＶＩＩ部を拡大して示す図である。
第８図は本発明の第３の実施の形態を示す図で、容量性感湿素子の構成を示す平面図である。
第９図は本発明の第３の実施の形態を示す図で、第８図のＩＸ−ＩＸ断面図である。
第１０図は本発明の第３の実施の形態を示す図で、第９図のＸ部を拡大して示す断面図である。
第１１図は従来例を示す図で、容量性感湿素子の構成を示す平面図である。
第１２図は従来例を示す図で、第１１図のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。
第１３図は本願発明の効果を従来例との比較で説明するための図表である。Technical field
The present invention relates to a capacitive humidity sensor for detecting relative humidity in an atmosphere by a change in the capacitance value of an organic polymer film, and a method for manufacturing the capacitive humidity sensor, and in particular, to improve excellent moisture sensitivity. The present invention relates to a device in which the structure of the connection portion between the electrode and the lead wire is devised so that the cost can be reduced and the cost can be reduced, and such a capacitive moisture-sensitive element can be easily manufactured. About things.
Background art
The capacitive moisture sensitive element has a configuration in which a moisture sensitive material is disposed between two electrodes. Then, moisture in the atmosphere is adsorbed in the thin film of the moisture-sensitive material, and the dielectric constant changes depending on the amount of adsorbed moisture. The relative humidity in the atmosphere is detected by utilizing the change in the capacitance value due to the change in the dielectric constant. This type of capacitive humidity sensor is widely used for general air conditioning, industrial use, measurement, and weather observation because it has a high response speed to changes in humidity and has high measurement accuracy especially at low humidity. .
Examples of the moisture sensitive material of the capacitive moisture sensitive element include an organic polymer film and a metal oxide film. Among them, the organic polymer film is characterized in that it has a small temperature dependency and a small hysteresis and has a high reliability at around normal temperature, and is generally used in many cases.
Further, among the organic polymer films, for example, there is an organic polymer film made of a polyimide resin. In the case of this organic polymer film made of polyimide resin, the dielectric constant is about 3.0, the water absorption is 1 to 3%, and the volume resistivity is 10%. 16 -10 17 It has excellent physical properties as a moisture sensitive material of a capacitive moisture sensitive element of Ωcm, and has very high environmental resistance such as heat resistance and chemical resistance, and thus has high reliability.
As a capacitive moisture-sensitive element using a polyimide resin of this kind as a moisture-sensitive material, there is, for example, one disclosed in Japanese Patent Publication No. 8-23542. This capacitive moisture-sensitive element has a configuration in which a moisture-sensitive film made of a polyimide resin, an upper thin-film electrode, and a protective film made of a polyimide resin are sequentially laminated on a silicon single crystal substrate having an ohmic electrode formed on the back surface. In addition, a change in capacitance value of the moisture-sensitive film between the opposed electrodes is detected as a change in humidity.
The configuration of a conventional capacitive moisture-sensitive element will now be described with reference to FIGS. 11 and 12, together with its manufacturing process. FIG. 11 is a plan view showing the configuration of the capacitive moisture-sensitive element, and FIG. 12 is a sectional view taken along the line XII-XII of FIG.
First, there is a silicon
On the
Then, a
The capacitive moisture sensitive element configured as described above exhibits practically sufficient moisture sensitive properties, such as a relatively large change in capacitance value with respect to humidity and a small change over time when left in a high-temperature, high-humidity atmosphere. Things.
However, the above-described conventional configuration has the following problems.
First, in the conventional capacitive moisture-sensitive element, when the
Also, regarding the reliability performance of the moisture sensitive element, water molecules gradually enter the inside of the adhesive layer when it is left for a long time (1000 hours or more) in a very severe environment such as a high temperature and high humidity atmosphere. Therefore, there is a problem that the initial state is not easily restored even when the atmosphere is returned to the low humidity atmosphere.
In addition, this adhesive layer not only inhibits the permeation of water molecules, but also causes the constituent materials to repeatedly expand and contract due to rapid temperature stress, humidity stress, and the like. There was fear.
In addition, since the connection between the
The present invention has been made based on such a point and an object thereof is to provide a capacitive moisture-sensitive element capable of stably obtaining excellent moisture-sensitive characteristics for a long period of time. An object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of providing such a capacitive moisture-sensitive element at low cost.
Disclosure of the invention
In order to achieve the above object, a capacitive moisture-sensitive element according to claim 1 of the present invention has a moisture-sensitive film made of an organic polymer resin and a water molecule-permeable upper electrode sequentially laminated on a conductive substrate also serving as a lower electrode. In addition, in a capacitive moisture-sensitive element in which a lead wire is electrically connected to the upper electrode, an area of a connection portion between the upper electrode and the lead wire is 2.5 mm. 2 The present invention is characterized in that it conforms to either or both of 10% or less of the total area of the upper electrode.
Further, in the capacitive moisture-sensitive element according to the second aspect, a moisture-sensitive film made of an organic polymer resin, an upper electrode permeable to water molecules, and a protective film made of an organic polymer resin are sequentially formed on a conductive substrate also serving as a lower electrode. In the capacitive moisture-sensitive element which is stacked and electrically connected to a lead wire to the upper electrode through a window hole formed in the protective film, the area of the window hole is 2.5 mm 2 The present invention is characterized in that it conforms to either or both of 10% or less of the total area of the upper electrode.
Further, in the capacitive moisture-sensitive element according to
In the capacitive moisture-sensitive element according to the fourth aspect, a moisture-sensitive film made of an organic polymer resin, an upper electrode permeable to water molecules, and a protective film made of an organic polymer resin are sequentially formed on a conductive substrate also serving as a lower electrode. In a capacitive moisture-sensitive element in which a lead wire is electrically connected through a window hole formed in the protective film while being laminated, the lead wire is made of a metal having a flat shape as a whole or a part thereof. It is characterized by the following.
According to a fifth aspect of the present invention, in the capacitive moisture-sensitive element according to any one of the first to fourth aspects, the lead wire is connected to the upper electrode using a conductive adhesive. It is characterized by the following.
The capacitive moisture-sensitive element according to claim 6 is the capacitive moisture-sensitive element according to any one of claims 1 to 5, wherein the lead wire is made of a metal having corrosion resistance or a metal plated with corrosion resistance. It is characterized by becoming.
The capacitive moisture-sensitive element according to claim 7 is the capacitive moisture-sensitive element according to
The capacitive moisture-sensitive element according to claim 8 is the capacitive moisture-sensitive element according to claim 1 or 2, wherein a lead wire is taken out from the upper electrode by wire bonding using a gold wire, a gold plated wire or a gold alloy wire. Is performed.
The method of manufacturing a capacitive moisture-sensitive element according to
A method of manufacturing a capacitive moisture-sensitive element according to claim 10 is a method of manufacturing a moisture-sensitive film made of an organic polymer resin, a water molecule-permeable upper electrode, and a protection made of an organic polymer resin on a conductive substrate also serving as a lower electrode. A method of manufacturing a capacitive moisture-sensitive element, comprising: a step of sequentially laminating films; and a step of electrically connecting a lead wire to an upper electrode through a window hole formed in the protective film. A lead frame in which lead wires are connected in advance in a comb shape is prepared, and any lead wire of the lead frame is set at a predetermined position and electrically connected to the upper electrode. Things.
That is, in the capacitive moisture-sensitive element according to claim 1 of the present invention, the area of the connection portion between the upper electrode and the lead wire is set to 2.5 mm. 2 Hereinafter, since it is an essential requirement to match either or both of 10% or less of the total area of the upper electrode, it is possible to minimize the factors that hinder the permeation of water molecules. Therefore, the problem with the conventional capacitive humidity sensitive element, that is, the problem that the moisture sensitivity is reduced or the hysteresis increases, or after leaving for a long time in a high-temperature, high-humidity atmosphere, It is possible to solve the problem that it does not easily return to the initial state when it is returned, and it is also possible to prevent cracks that occur at the connection between the upper electrode and the lead wire.
The area of the connection between the upper electrode and the lead wire is 2.5 mm. 2 The following, among which, in particular, 1.0 mm 2 The following is preferable, and among 10% or less of the total area of the upper electrode, 3% or less is particularly preferable.
However, apart from the degree of the effect, it is not limited to those numerical values.
Further, in the capacitive moisture-sensitive element according to the second aspect of the present invention, the capacitive moisture-sensitive element has a structure provided with a protective film, and the area of a window formed in the protective film is 2.5 mm. 2 In the following, since it is essential to match either or both of 10% or less of the total area of the upper electrode, as described above, it is necessary to form a window hole for taking out a lead wire by patterning. As a result, the area of the connection portion between the electrode and the lead wire can be further uniformed. At this time, when a photosensitive polyimide resin is used as the organic polymer resin constituting the protective film, the window hole can be formed by patterning by photolithography, so that the window hole having a small area can be easily formed. Can be formed. Further, when the electrode and the lead wire are connected by using a conductive adhesive, for example, it is very difficult to control the application amount of the conductive adhesive to make the contact area between them small and uniform. By uniformly forming small window holes in the protective film by the above method, a constant contact area can always be obtained by applying a conductive adhesive so as to cover the window holes.
Also in this case, the area of the connection between the upper electrode and the lead wire is 2.5 mm. 2 The following, among which, in particular, 1.0 mm 2 The following is preferable, and among 10% or less of the total area of the upper electrode, 3% or less is particularly preferable.
However, apart from the degree of the effect, it is not limited to those numerical values.
In the case of the capacitive moisture-sensitive element according to the third aspect, since the lead wire is made of a metal having a flat shape as a whole or a part thereof, the shape stability of the lead wire itself is improved. Connection work including positioning at the time of connection to an electrode has been facilitated. In addition, since the connection work including positioning is facilitated, the area of the connection portion in the upper electrode can be reduced, thereby improving the moisture sensitivity.
The same applies to the case of the capacitive moisture-sensitive element according to claim 4. Since the lead wire is made of a metal having a flat shape as a whole or a part thereof, the shape stability of the lead wire itself is improved. In addition, connection work such as positioning when connecting to the upper electrode is facilitated. In addition, since the connection work including positioning is facilitated, the area of the connection portion in the upper electrode can be reduced, thereby improving the moisture sensitivity.
When the lead wire is connected to the upper electrode, for example, it is conceivable to use a conductive adhesive to make the connection.
It is also conceivable that the lead wire is made of a metal having corrosion resistance or a metal plated to provide corrosion resistance.
Further, in the capacitive moisture-sensitive element according to claim 7, when the lead wire is made of a metal having a flat shape in whole or in part, the width of the other end is smaller than the width of the lead wire connected to the upper electrode. It is possible to increase the shape stability, thereby facilitating the connection work including positioning work, and further reduce the area of the connection part. Thus, the moisture sensitivity can be further improved.
It is also conceivable to take out a lead wire from the upper electrode by wire bonding using a gold wire, a gold plated wire or a gold alloy wire.
The method for manufacturing a capacitive moisture-sensitive element according to the present invention is as follows.First, a moisture-sensitive film made of an organic polymer resin and a water molecule-permeable upper electrode are sequentially laminated on a conductive substrate having a lower electrode, and then the upper electrode is formed. Lead wires are electrically connected. At this time, a lead frame in which a plurality of lead wires are connected in advance in a comb shape is prepared, and an arbitrary lead wire of the lead frame is set at a predetermined position. And electrically connected to the upper electrode. By using such a lead frame, the positioning and connecting work of the lead wire can be made easier and more accurate.
This also applies to a capacitive moisture-sensitive element having a protective film made of an organic polymer resin.
The conductive substrate in the present invention may be any non-insulating material such as a metal such as stainless steel or a semiconductor such as silicon.
In addition, the lower electrode formed on the back surface of the conductive substrate is not particularly necessary when a metal is used as the conductive substrate, but when a silicon single crystal substrate is used, an ohmic contact is formed with the silicon single crystal. Anything can be done.
The moisture-sensitive film formed of an organic polymer resin formed on the surface of the conductive substrate can be formed by a spin coating method, a dipping method, an LB method, a vapor deposition polymerization method, or the like. To cure. As the organic polymer resin, for example, a polyimide resin, cellulose acetate butyrate, an acrylic resin, a phenol resin, a polyetherimide resin, or the like can be used.
The electrode formed on the moisture-sensitive film may be of any type as long as it has a structure in which water molecules easily penetrate into the moisture-sensitive film. For example, a metal layer made of at least one of Au, Pt, Cr, Ti, Al, and the like formed by a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like can be given.
On the upper surface of the upper electrode, a protective film made of an organic polymer resin may be formed for the purpose of mechanically and chemically protecting the upper electrode. Examples thereof include polyimide resin, silicone resin, acetyl cellulose, cellulose acetate butyrate, and polyamide resin. Among these, particularly photosensitive polyimide resin has good adhesion to the moisture-sensitive film, and a window hole for taking out a lead wire from the upper electrode can be easily formed by patterning. preferable.
Here, since the respective constituent requirements described above are described in detail in Japanese Patent Publication No. Hei 6-105235, Japanese Patent No. 3078587, Japanese Patent No. 2925347, and Japanese Patent Publication No. Hei 8-23542, they are applied. May be.
The lead wire connected to the upper electrode may be anything as long as it is conductive, but a thick and hard material facilitates the positioning work during the work process, but the moisture-sensitive film formed under the connection part may be damaged. There is a problem that the yield is easily reduced and the yield is reduced. Further, although a thin and flexible material is unlikely to damage the moisture-sensitive film under the connection portion, there is a problem that it is difficult to maintain the shape of the lead wire during the working process, and the workability is significantly deteriorated. In view of the above, in the present invention, the lead wire is formed using a metal having a flat shape as a whole or a part thereof. Especially for the lead wire with foil shape, the positioning and shape stability during the work process are good, the manufacturing cost is low, and the effect of reducing the mechanical stress applied to the connection part is avoided, and the yield is prevented from lowering. It is possible to do. As a material of the lead wire, a copper alloy such as copper, brass, nickel silver, phosphor bronze, beryllium copper, etc. used for a general lead frame can be used as a typical material. In consideration of corrosion resistance, metals having corrosion resistance such as gold, platinum, titanium, nickel, stainless steel, copper alloy, aluminum alloy, and nickel alloy can also be used. The corrosion resistance of the lead wire is very important especially in the reliability of the sensor in a high-temperature and high-humidity atmosphere. In particular, under driving conditions in which a DC component exists, corrosion may progress at the contact portion between the lead wire and the upper electrode. Therefore, as a material of the lead wire, it is desirable to use a metal having corrosion resistance or a metal plated with corrosion resistance. For example, when a copper alloy such as phosphor bronze is used for a lead wire, the surface of the sensor in a high-temperature, high-humidity atmosphere is significantly improved by applying at least one or more platings, such as nickel, chromium, silver, gold, and platinum, which impart corrosion resistance to the surface. The effect of extending is obtained.
As the conductive adhesive for connecting the upper electrode and the lead wire, an epoxy resin, a silicone resin, or the like containing silver or carbon as a filler can be used.
As another mode for connecting the upper electrode and the lead wire, the following method can be considered. That is, a pad is formed as an adhesive layer on a part of the upper electrode on the moisture-sensitive film, and then wire bonding is performed using a gold wire, a gold plating wire, or a gold alloy wire. Wire bonding is a general technique in the field of semiconductors, and is a very excellent method for mass production. However, since the upper electrode of the capacitive moisture-sensitive element is formed very thin on the condition that water molecules permeate, wire bonding cannot be performed as it is. Therefore, the pad is formed on a part of the electrode, and the pad is bonded through the pad part. The pad may have any configuration as long as it can bond a gold wire, a gold plated wire, or a gold alloy wire. Wire bonding can be applied to mass production, as has a track record in the semiconductor field, and as a result, manufacturing costs can be reduced.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. FIG. 1 is a plan view showing a configuration of the capacitive moisture-sensitive element according to the present embodiment. FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG.
In the description of the configuration, the manufacturing process will be described.
First, there is an n-type silicon single crystal substrate 1 whose surface is mirror-polished and has a resistivity of 0.015 Ω or less, and a
Next, a photosensitive polyimide resin is applied on the upper electrode 7, and through pre-baking, exposure, development, and post-baking, a
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a plan view showing the configuration of the capacitive moisture-sensitive element according to this embodiment, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3, and FIG. 5 is an enlarged view of a portion V in FIG. FIG.
In this case as well, the structure will be described together with the manufacturing process.
First, as shown in FIG. 5, there is an n-type silicon
Next, as shown in FIGS. 3 and 4, a phosphor bronze foil having a thickness of 0.03 mm is formed using a can-
It should be noted that the available packages are not limited to those described above. For example, it is obvious that a package for a crystal oscillator or other original packages may be used.
Subsequently, the element chip divided by a scriber or the like is fixed to the base of the
Here, the
The background of using such a
The case of the second embodiment is based on such a technical background, and the shape stability is improved by using the above-described phosphor bronze and foil-
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a plan view showing the configuration of the capacitive moisture-sensitive element according to the present embodiment, FIG. 9 is a sectional view taken along the line IX-IX of FIG. 8, and FIG. 10 is an enlarged view of a portion X in FIG. FIG.
Since the steps up to the formation of the
The characteristic configuration of the third embodiment is after the
Here, the moisture sensitive characteristics of the capacitive moisture sensitive elements of “Example 1” and “Example 2” which are the products of the capacitive moisture sensitive elements according to the first embodiment and the second embodiment described above are described. And "Comparative Example 1". Therefore, tests were conducted on each of the capacitance value, the rate of change in capacitance, the hysteresis characteristic, and the aging characteristic when left for 1000 hours in a 40 ° C., 90% RH atmosphere. The number of samples was 10, each, and the average of the measured values was used as the evaluation value. The details of the test are as follows. The results are shown in FIG.
Incidentally, Comparative Example 1 here is the capacitive moisture-sensitive element described in the description of the conventional example, that is, the capacitive moisture-sensitive element shown in FIGS. 11 and 12.
Capacitance value, capacitance change rate
The capacitance value at a relative humidity of 40% RH and a relative humidity of 90% RH at a temperature of 25 ° C. was measured with an LCR meter under the conditions of a measurement voltage of 1 V and a measurement frequency of 20 kHz. Then, the capacity change rate was determined based on the measured values.
Hysteresis measurement
In the range of 0 to 90% RH at 25 ° C., the characteristics at the time of humidification and the characteristics at the time of dehumidification were continuously measured by an LCR meter, and the capacitance value at the time of 60% RH and the static value at the time of humidification were measured. The difference from the capacitance value was shown in terms of relative humidity.
Aging characteristics
The capacitance value of the element was measured by an LCR meter in an atmosphere of 25 ° C. and 60% RH, and then left for 1000 hours in an atmosphere of 40 ° C. and 90% RH.
As shown in FIG. 13, Comparative Example 1 shows a level of moisture sensitivity that is practically acceptable, but uses exactly the same moisture sensitive material as compared to Examples 1 and 2. Nevertheless, it can be seen that the capacity change rate is small, and the hysteresis characteristics and the aging characteristics when left in an atmosphere of 40 ° C. and 90% RH are large. In contrast, in Examples 1 and 2, the capacitance change rate was large, and the hysteresis characteristics and the aging characteristics when left in an atmosphere of 40 ° C. and 90% RH were small and stable. In particular, the second embodiment, in which the area of the window hole provided in the protective film is 3% or less (1.5%) of the total area of the upper electrode, shows more excellent moisture sensitivity. I understand.
As described above in detail, according to the present invention, the area of the connection between the upper electrode and the lead wire is set to 2.5 mm. 2 In the following, either 10% or less of the total area of the upper electrode is adapted, or in the case of a structure provided with a protective film, the area of the window hole formed in the protective film is set to 2. 5mm 2 In the following, it is possible to provide a capacitive moisture-sensitive element capable of stably obtaining excellent moisture-sensitive properties for a long period of time by adjusting to either or both of 10% or less of the total area of the upper electrode.
In addition, when the lead wire is made of a metal having a flat shape as a whole or a part of the lead wire, the shape stability of the lead wire itself is improved, whereby the connection work such as positioning when connecting to the upper electrode is performed. Became easier. In addition, since the connection work including positioning is facilitated, the area of the connection portion in the upper electrode can be reduced, thereby improving the moisture sensitivity.
Further, when the lead wire is made of a metal having a flat shape as a whole or a part thereof, it is considered that the width of the other end is wider than the width of the lead wire connected to the upper electrode, As a result, it is possible to further enhance the shape stability and facilitate the connection work including the positioning work. Further, since the area of the connection portion can be further reduced, the humidity sensitivity can be further improved.
It is also conceivable to take out the lead wire from the upper electrode by wire bonding using a gold wire, a gold plated wire or a gold alloy wire, in which case the yield can be improved without impairing the workability. And cost can be significantly reduced.
Further, according to the method of manufacturing a capacitive moisture-sensitive element according to the present invention, a capacitive moisture-sensitive element having a desired configuration can be easily manufactured.
Industrial applicability
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention relates to a capacitive humidity sensing element that detects the relative humidity of the atmosphere by changing the capacitance value of an organic polymer film, and in particular, to obtain excellent moisture sensing characteristics stably for a long time. In addition, the structure of the connecting portion between the electrode and the lead wire is devised so that the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a first embodiment of the present invention, and is a plan view showing a configuration of a capacitive moisture-sensitive element.
FIG. 2 is a view showing a first embodiment of the present invention, and is a sectional view taken along line II-II of FIG.
FIG. 3 is a view showing a second embodiment of the present invention, and is a plan view showing a configuration of a capacitive moisture-sensitive element.
FIG. 4 is a view showing a second embodiment of the present invention, and is a sectional view taken along line IV-IV of FIG.
FIG. 5 is a view showing a second embodiment of the present invention, and is an enlarged sectional view showing a portion V in FIG.
FIG. 6 is a view showing a second embodiment of the present invention, and is a plan view showing a part of a lead frame provided with lead wires in a comb shape.
FIG. 7 is a view showing a second embodiment of the present invention, and is an enlarged view of a portion VII in FIG.
FIG. 8 is a view showing a third embodiment of the present invention, and is a plan view showing a configuration of a capacitive moisture-sensitive element.
FIG. 9 is a view showing a third embodiment of the present invention, and is a sectional view taken along line IX-IX of FIG.
FIG. 10 is a view showing a third embodiment of the present invention, and is an enlarged sectional view of a portion X in FIG.
FIG. 11 is a view showing a conventional example, and is a plan view showing a configuration of a capacitive moisture-sensitive element.
FIG. 12 shows a conventional example, and is a cross-sectional view taken along the line XII-XII of FIG.
FIG. 13 is a table for explaining the effect of the present invention in comparison with a conventional example.
Claims (10)
上記上部電極と上記リード線の接続部分の面積は、２．５ｍｍ２以下、上記上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合することを特徴とする容量性感湿素子。A moisture sensitive film made of an organic polymer resin and a water molecule permeable upper electrode are sequentially laminated on a conductive substrate also serving as a lower electrode, and a capacitive sensor is formed by electrically connecting a lead wire to the upper electrode. In the wet element,
A capacitive moisture-sensitive element, wherein an area of a connection portion between the upper electrode and the lead wire is equal to or less than 2.5 mm 2 and equal to or less than 10% of a total area of the upper electrode.
上記窓穴の面積は、２．５ｍｍ２以下、上記上部電極の総面積の１０％以下、の何れか又は両方に適合することを特徴とする容量性感湿素子。A moisture-sensitive film made of an organic polymer resin, an upper electrode permeable to water molecules, and a protective film made of an organic polymer resin were sequentially laminated on a conductive substrate having a lower electrode, and formed on the protective film. In a capacitive moisture-sensitive element in which a lead wire is electrically connected to the upper electrode through a window hole,
The area of the window hole is, 2.5 mm 2 or less, 10% of the total area of the upper electrode or less, either or capacitive moisture sensitive element, characterized in that accommodate both.
上記リード線が全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属からなることを特徴とする容量性感湿素子。A moisture-sensitive film made of an organic polymer resin and a water molecule-permeable upper electrode are sequentially laminated on a conductive substrate also serving as a lower electrode, and a capacitive sensor formed by electrically connecting a lead wire to the upper electrode. In the wet element,
A capacitive moisture-sensitive element, wherein the lead wire is made of a metal having a flat shape as a whole or a part thereof.
上記リード線が全体若しくはその一部分に扁平形状を有する金属からなることを特徴とする容量性感湿素子。A moisture sensitive film made of an organic polymer resin, an upper electrode permeable to water molecules, and a protective film made of an organic polymer resin were sequentially laminated on a conductive substrate having a lower electrode, and formed on the protective film. In a capacitive moisture-sensitive element in which a lead wire is electrically connected through a window hole,
A capacitive moisture-sensitive element, wherein the lead wire is made of a metal having a flat shape as a whole or a part thereof.
上記リード線は導電性接着剤を用いて上記上部電極と接続されることを特徴とする容量性感湿素子。The capacitive moisture-sensitive element according to any one of claims 1 to 4,
The capacitive lead element is connected to the upper electrode using a conductive adhesive.
上記リード線は耐食性を有する金属又は耐食性を付与する鍍金を施した金属からなることを特徴とする容量性感湿素子。The capacitive moisture-sensitive element according to any one of claims 1 to 5,
The capacitive lead element is made of a metal having corrosion resistance or a metal plated with corrosion resistance.
上記リード線は上部電極に接続される側の幅より他端の幅の方が広くなっていることを特徴とする容量性感湿素子。The capacitive moisture-sensitive element according to claim 3 or 4,
A capacitive moisture-sensitive element, wherein the width of the other end of the lead wire is wider than the width of the other end connected to the upper electrode.
上記上部電極から金線、金メッキ線又は金合金線を用いてワイヤーボンディングによりリード線の取り出しを行なうことを特徴とする容量性感湿素子。The capacitive moisture-sensitive element according to claim 1 or 2,
A capacitive moisture-sensitive element, wherein a lead wire is taken out from the upper electrode by wire bonding using a gold wire, a gold plating wire or a gold alloy wire.
複数個のリード線が予め櫛歯状に連接されているリードフレームを用意し、該リードフレームの任意のリード線を所定位置にセットして上部電極に電気的に接続するようにしたことを特徴とする容量性感湿素子の製造方法。A step of sequentially laminating a moisture-sensitive film made of an organic polymer resin and a water molecule permeable upper electrode on a conductive substrate having a lower electrode, and a step of electrically connecting a lead wire to the upper electrode. In a method for manufacturing a capacitive moisture-sensitive element comprising:
A lead frame in which a plurality of lead wires are connected in a comb shape in advance is prepared, and any lead wire of the lead frame is set at a predetermined position and electrically connected to the upper electrode. A method for manufacturing a capacitive moisture-sensitive element.
複数個のリード線が予め櫛歯状に連接されているリードフレームを用意し、該リードフレームの任意のリード線を所定位置にセットして上部電極に電気的に接続するようにしたことを特徴とする容量性感湿素子の製造方法。A step of sequentially laminating a moisture-sensitive film made of an organic polymer resin, an upper electrode permeable to water molecules, and a protective film made of an organic polymer resin on a conductive substrate also serving as a lower electrode; Electrically connecting a lead wire to the upper electrode through a window hole, the method for manufacturing a capacitive moisture-sensitive element comprising:
A lead frame in which a plurality of lead wires are connected in a comb shape in advance is prepared, and any lead wire of the lead frame is set at a predetermined position and electrically connected to the upper electrode. A method for manufacturing a capacitive moisture-sensitive element.
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